LTE智能天线广播波束权值研究与应用场景探讨

孙学耕，郑新旺

（1.福建水利电力职业技术学院党政办，福建永安 366000；2.集美大学诚毅学院信息工程系，福建厦门 361021）

目前智能天线广泛地应用于各个方面,被认为是未来无线通信领域中最关键的技术之一[1].当前最先进的通信技术5G 网络，智能天线作为实现大量用户接入的先进技术，可以发送定向信号，提高信号强度，扩大信号覆盖范围，从而提高系统的整体性能[2].

根据智能天线原理，天线广播波束的形状、能量主要通过天线权值参数的幅度值和相位值进行控制， 通过改变n（各阵列输入功率能量）和Φ（初始相位），可控制广播波束的赋形、波束宽度、最大辐射指向及增益，从而实现小区广播波束的辐射优化[3].但由于现有网络优化人员水平参差不齐，部分人员缺乏LTE 智能天线理论知识和产品使用的相关培训，而智能天线产品众多，功能较复杂，导致智能天线在运用上存在错误使用的情况.

文章通过LTE 单小区下的4 组智能天线权值实验和智能天线广播波束角的天线方向图仿真探讨相应的应用场景.

1 实验

1.1 智能天线权值路测实验

1.1.1 实验基本信息

测试小区： S-NLH-2（LTE 小区名），覆盖对象主要为篮球场、田径场.

测试设备：安装惠捷朗CDS7.1 软件的笔记本电脑+华为MiFi5776+GPS.

测试区域：测试主区域在S-NLH-2 小区天线的主打方向，测试边界为该区域内的校园道路边界、围墙、障碍物等.测试路线由第一次测试生成，如图1 所示.后续三次的测试路线同图1.

图1 测试路线

测试权值：S-NLH-2 小区的实际天线为京信公司ODS-090R12NV06，验证该天线两种广播波束下的天线权值和混用通宇公司TYDA-202616D4T6 天线权值，以及采用D 频段无损权值下的覆盖变化情况.四种路测实验天线权值表见表1.

1.1.2 测试方法

用CDS7.1 软件锁住测试小区的频点和PCI（physical cell identifier，物理小区标识），确保测试过程始终占用该小区.根据设计的路线进行道路驱车测试、操场内步行测试，并尽量保持相同的速度.依次根据表1 的四种天线权值表通过测试小区的网管输入天线权值文件中，并与网管修改人员确认测试小区正常工作后开始进行测试，测试后用CDS 软件统计RSRP 采样点，分析测试结果.

表1 四种天线权值表（D 频段）

1.2 仿真实验

目前现有网络主要使用的智能天线广播波束角度有30°、65°、90°三种类型，还有特殊场景使用无损权值.实验室仿真的京信天线权值表和无损权值（F 频段）如表2 所示.

表2 京信天线权值表

2 结果与分析

2.1 四种天线权值路测实验结果与分析

测试经CDS7.1 软件按移动日常测试规范导出数据后，以京信65°测试后的RSRP 采样点为参照对象，另外3 种天线权值与各RSRP区间进行采样点对比，相关数据见表3.

从表3 可见，采用与天线类型一致的京信65°的广播波束权值RSRP 采样点最多（6570），最少的是通宇65°（5471）.从RSRP 的采样点分布也可以看出不同的天线权值对LTE 的覆盖造成较大影响，与原天线类型（京信65°）的采样点相比，其它天线权值在各区间段的采样点变化较为明显.根据中国移动LTE 测试规范， RSRP＞-85dBm 属于“极好点”的覆盖范围，在该区域的范围内LTE 终端具有良好的SINR和下行速率、上行速率.从RSRP＞-85dBm 的占比分析可知：无损权值最高（82.58%），其RSRP 区间[-70,-40]的采样点个数增加了469个，对覆盖的提升显著；通宇65°天线权值在RSRP 区间＞-85dBm 的采样点较京信65°减少了867 个；京信30°权值在[-70,-40]的采样点增加38 个，在[-85,-70]区间的采样点却减少了274 个，说明部分区域覆盖略有增强，部分区域覆盖有所减弱.

表3 4 种天线权值RSRP 采样点区间对比

由实验结果可见，混用不同的天线权值，会产生RSRP 覆盖各区间的较大波动，而这一波动使覆盖区域脱离了原有的覆盖规划目标，可能导致LTE指标劣化，影响用户的感知度.此外，在一些特殊场景可以利用天线权值的变化特点，如在一些无法通过提升功率加强覆盖的区域，采用无损权值进行试用，但应该对修改后的覆盖区域进行详细测试，避免引发新的覆盖问题.

2.2 仿真实验结果与分析

智能天线的权值调整会给覆盖带来不同的影响，为了能直观感知天线的覆盖区域情况，本文借助河北移动与天线厂商京信通信公司合作研发的智能天线广播波束赋形软件进行仿真.该软件先后经过可行性论证、微波暗室测试、外场测试和现网优化的过程，是移动通信领域进行天线权值核查、权值优化的重要工具.

2.2.1 主要广播波束角仿真实验结果

目前现网主要使用的广播波束角度有30°、65°、90°三种类型.通过表3 的天线权值，仿真实验结果见图2 至图4.

图2 30°广播波束仿真图

图4 90°广播波束仿真图

图3 65°广播波束仿真图

图5 无损权值广播波束仿真图

从图2 至图4 实验室仿真结果可以看出，30°广播波束权值设置具有主瓣窄、天线增益最高的特点，可以适用于高速路、高铁线路以及一些局部深度覆盖不足的特殊场景；65°广播波束的宽度中等，增益也较强，适用于密集城区、一般城区的场景，既满足城区站点密集、话务密集的需要，也兼顾深度覆盖的需求，是当前城区覆盖的主要广播波束角度；90°的广播波束较宽，主瓣的增益也较好，可以用于广域覆盖的区域，比如郊区、农村场景等.

目前主城区TD-LTE 网络普遍采用的是65°的广播波束，若存在覆盖问题路段，可以结合存在覆盖问题的区域，综合分析周边小区智能天线波束设置，参考软件仿真的赋形方向图2 至图4，通过改变厂家提供的广播波束的角度权值达到增强或减弱小区覆盖强度的目的，但在优化中，需做好复测和网络关键指标的监控，避免产生新的网络问题.

2.2.2 无损权值仿真结果

根据智能天线幅度权值的不同，可以分为有损权值和无损权值两种模式.LTE 现网智能天线权值配置通常采用天线厂家建议权值配置，权值幅度值多采用有损配置方式（部分端口幅度激励不为 1）.有损配置方式会引起波束权值损耗，使得实际天线广播波束增益降低 2.5～4.0 dB，导致小区覆盖范围的减少[4].若利用天线的无损权值模式，可以获得智能天线广播波束增益的提升.根据中国移动集团TDLTE 智能天线指导手册，如F 频段65°双极化天线权值设置：幅度设置值[1,1,1,1]，相位[-75,-9,-9,-75]，与表3 中65°的权值设置的仿真结果在3 dB 半波功率角位置的增益提高了2.7 dB，实验仿真结果见图5.

仿真结果适用于对常规的功率调整和天线调整进行覆盖优化，如果仍无法满足覆盖需求时，那么可以采用本实验无损权值的设置进行增强覆盖（但在使用时应注意无损权值的工作频段）.

3 结论

通过智能天线的广播波束权值实验，验证了不同的权值对RSRP 采样点区间的变化情况.这表明在工程实际中，错误地使用权值会给LTE 覆盖带来不明的影响.同时进行了LTE智能天线主要广播波束角度与特殊广播波束权值的天线方向仿真实验，结果表明通过权值改变，可以满足不同适用场景.

由于实验是在现网中进行的，测试终端锁定测试小区时，周围小区信号的干扰因素对实验会造成一定的影响.后续需进一步研究：关闭干扰测试小区的扇区后开展测试，以及增加测试区域的定点测试验证天线权值变化对语音业务、数据业务的影响.